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摘要 摘要 随着国民经济迅猛发展和人民生活水平的不断提高，我国成品 油、天然气的消费量也正迅速增长，在未来的发展过程中，成品油、 天然气等的物流量将大幅增长。 伴随着国民经济的进一步发展以及所面临压力的进一步加大，能 源物流的不合理化已经成为制约能源企业经营的瓶颈，成品油、西气 东输供应链的优化迫在眉急。 本文从系统工程的角度出发，充分利用图书资源以及网络信息资 源，在分析大量文献资料的基础上，对库存与运输联合优化( i t i o ) l h 题的概念、由来、作用、发展过程等作简单介绍，并多角度、多层次 地对其进行分析评价。 本文以成品油物流配送分析为背景，从国内外成品油物流配送研 究现状、我国成品油物流存在的主要问题的角度出发，分析了成品油 物流配送模式，提出了成品油配送系统一体化管理，并建立了成品油 库存与运输联合优化数学模型。 本文以西气东输供应链管理为背景，阐释了西气东输供应链供应 商管理库存( v m i ) 契约的内涵，通过比较分析传统天然气供应过程与 v m i 契约下的天然气供应过程，建立了v i i 契约下带补货提前期的 i t i o 模型，并通过数值仿真求解出不同参数基值和执行策略下的长期 平均总成本，认为需要保持执行策略的相对稳定以降低西气东输供应 链的长期平均总成本，对西气东输供应链的决策具有一定的支撑和启 江苏大学硕士研究生毕业论文：油气供应链的库存与运输联合优化问题研究 发作用。 本文的主要创新性工作如下： ( 1 ) 研究方法上的创新：本文首次将i t i o 决策引入到成品油物 流配送系统中，对多个成品油配送中心和多个终端用户组成的两级供 应链系统下的库存与运输系统进行了研究，并建立了数学模型；通过 比较分析传统的天然气供应过程与v m i 契约下的天然气供应过程， 来阐释西气东输供应链v m i 契约的内涵，首次将基于v m i 契约的 i t i o 策略引入到西气东输供应链，对西气东输三级供应链系统下的 库存与运输系统进行了研究，并建立了数学模型； ( 2 ) 理论上的创新：本文研究了考虑提前期因素、客户等待成本 的三级供应链系统下的i t i o 问题，并建立起数学模型。这是已有i t i o 相关研究所未涉及到的方面。从而，本文将i t i o 研究向前推进了一 大步，因而具有一定的理论价值和现实意义。 关键词：库存与运输联合优化( i t i o ) ，供应商管理库存( v m i ) ，提前 期，供应链，成品油，西气东输 a b s t r a c t a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n d i m p r o v e m e n to fh u m a n sl i v i n g ，c o n s u m p t i o no fp r o d u c to i la n dn a t u r a l g a sh a si n c r e a s e dr a p i d l y ，f o rw h i c hah i g hp r i c ew a sp a i d u n d e rt h et r e m e n d o u sp r e s s u r e ，t h el o g i s t i c so fe n e r g yh a v en o t b e e nr a t i o n a l i z e da l o n gw i t ht h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a l e c o n o m y ，f o r w h i c hm a n a g e m e n to f e n e r g yc o r p o r a t i o n h a sb e e n r e s t r i c t e d s o ，o p t i m i z a t i o nf o rs u p p l yc h a i n s o fp r o d u c to i la n dt h e w e s t e a s tg a st r a n s m i s s i o ns h o u l db es t u d i e di m m e d i a t e l y a tt h ea n g l eo fs y s t e me n g i n e e r i n g ，f u l la d v a n m g eo fr e s o u r c e so f l i b r a r ya n di n f o r m a t i o no ft h en e t w o r kh a sb e e nt a k e n o nt h eb a s eo fa l a r g ea m o u n to fa n a l y s i sa b o u tr e f e r e n c e s ，c o n c e p t i o n 、。= i r i g i n 、f u n c t i o n 、 d e v e l o p m e n to ft h ei n v e n t o r ya n dt r a n s p o r t a t i o ni n t e g r a t e do p t i m i z a t i o n ( i t i o ) a r ea n a l y z e d i nt h i s p a p e r ，u n d e rt h eb a c k g r o u n d s o f a n a l y z i n gp r o d u c t o i l d i s t r i b u t i o n ，a t t h e a n g l eo fp r o d u c t o i ld i s t r i b u t i o n a c t u a l i t y a n d p r o b l e m se x i s t e di np r o d u c to i ll o g i s t i c s ，d i s t r i b u t i o nm o d e o fp r o d u c to i l l o g i s t i c s h a sb e e na n a l y z e d ，i n t e g r a t i v em a n a g e m e n to fp r o d u c to i l d i s t r i b u t i o ns y s t e mi s p r o p o s e d ，a n d a ni t i om a t h e m a t i cm o d e lo f p r o d u c to i li se s t a b l i s h e d i nt h i s p a p e r ，u n d e rt h eb a c k g r o u n d s o f t h ew e s t - e a s tg a s i i i 江苏大学硕士研究生毕业论文：油气供应链的库存与运输联合优化问题研究 t r a n s m i s s i o ns u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，t h ee x a c ta t t r i b u t i o no fv e n d o r m a n a g e di n v e n t o r y ( v m i ) c o n t r a c t i nw e s t e a s tg a st r a n s m i s s i o n s u p p l yc h a i ni si l l u s t r a t e d b yc o m p a r i n gt r a d i t i o n a ln a t u r a lg a ss u p p l y p r o c e s sw i t hn a t u r a lg a ss u p p l yp r o c e s su n d e rv m ic o n t r a c t ，a ni t i o m o d e lw i t hl e a dt i m eu n d e rv m ic o n t r a c ti se s t a b l i s h e d t h ed a t u mw i t h d i f f e r e n tp a r a m e t e r sa n dt h el o n g - t e r ma v e r a g eo v e r a l lc o s tc r e a t e db yt h e i m p l e m e n t a t i o no fs t r a t e g i e sa r eo b t a i n e db yn u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h e a v e r a g et o t a lc o s to ft h es u p p l yc h a i ni sr e d u c e db yk e e p i n gt h er e l a t i v e s t a b i l i z a t i o no ft h ei m p l e m e n t a t i o no fs t r a t e g i e s t h i sp a p e rp r o v i d e sa t e c h n i c a l s u p p o r ta n di n s i g h t i n t o s t r a t e g i e ss e l e c t i o n a n dd e c i s i o n m a k i n go ft h ew e s t e a s tg a st r a n s m i s s i o ns u p p l yc h a i n t h ei n n o v a t i v ew o r k so ft h i sd i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) i n n o v a t i o n o nr e s e a r c hm e t h o d s ：i t i os t r a t e g yi s f i r s t l y i n t r o d u c e di n t op r o d u c to i ld i s t r i b u t i o ns y s t e m ，at w o e c h e l o nd i s t r i b u t i o n s y s t e mo fm a n yd i s t r i b u t i o nc e n t e r st om a n yt e r m i n a lu s e r si ss t u d i e d ， a n dam a t h e m a t i cm o d e li se s t a b l i s h e di nt h i sp a p e r b yc o m p a r i n g t r a d i t i o n a ln a t u r a lg a ss u p p l yp r o c e s sw i t hn a t u r a lg a ss u p p l yp r o c e s s u n d e rv m ic o n t r a c t ，t h ee x a c ta t t r i b u t i o no fv m ic o n t r a c ti nt h e w e s t - e a s tg a st r a n s m i s s i o ns u p p l yc h a i ni si l l u s t r a t e d i t i os t r a t e g i e s u n d e rv m ic o n t r a c ti sf i r s t l yi n t r o d u c e di n t ow e s t e a s tg a st r a n s m i s s i o n s u p p l yc h a i n ，at h r e e - e c h e l o ns u p p l yc h a i ns y s t e m i ss t u d i e d ，a n da m a t h e m a t i cm o d e li se s t a b l i s h e d i v a b s t r a c t ( 2 ) i n n o v a t i o no nt h e o r e t i c a l c o n t r i b u t i o n ：t h i sd i s s e r t a t i o nh a s c o n s i d e r e di t i ow i t hu s e r - w a i t i n g - c o s ti nat h r e e e c h e l o ns u p p l yc h a i n s y s t e ma sw e l la sl e a dt i m e ，a n dam a t h e m a t i cm o d e li se s t a b l i s h e d ， w h i c hi su n e x p l o r e db u tf a i r l yw o r t hd i s c u s s i n g i nas e n s e ，t h ep a p e r a d v a n c e st h ei t i o r e l a t e dr e s e a r c h ，a n dt h e r e f o r eh a sb o t ht h e o r e t i c a l v a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：i n v e n t o r ya n dt r a n s p o r t a t i o ni n t e g r a t e do p t i m i z a t i o n ( i t i o ) ，v e n d o r - m a n a g e di n v e n t o r y ( v m i ) ，l e a dt i m e ， s u p p l yc h a i n ，p r o d u c to i l ，t h e w e s t - e a s tg a s t r a n s m i s s i o n v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文 的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大 学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密团 学位论文作者签名：唐嫉起指导教师签名：切够矿 俨气年| ) 其 j b 夕弋年、咱。r 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用 的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：务烁毡 醐：研年堋7 厂日 第一章绪论 1 1选题背景 第一章绪论 我国是世界上最大的发展中国家。近几年来，随着国民经济迅猛发展和人民 生活水平的不断提高，我国能源需求总量稳定上升，而作为经济能源的支撑，成 品油的消费量也正迅速增长；随着西气东输工程一线的投产，天然气的消费量也 在迅速增长。 随着工业化和城镇化进程的加快，交通运输、铁路、民航、石化工业等行业 的发展以及我国汽车时代的逐步到来，我国对成品油的需求将呈强劲增长态势。 随着节能减排、发展低碳经济的要求，天然气的需求也将呈强劲增长态势。 中国能源消费总量已经从1 9 9 0 年的9 8 7 0 3 万吨标准煤，增长到了2 0 0 2 年的 1 5 1 7 9 7 万吨标准煤，又增长到了2 0 0 8 年的2 8 5 亿吨标准煤。其中，成品油的消费 总量已经从1 9 9 0 年的1 6 亿吨标准煤，增长到了2 0 0 8 年的3 6 亿吨标准煤。据( ( 2 0 0 8 年国民经济和社会发展统计公报初步测算，2 0 0 8 年全年能源消费总量2 8 5 亿吨 标准煤，比上年增长4 o ；煤炭消费量2 7 4 亿吨，增长3 0 ；原油消费量3 6 亿 吨，增长5 1 ：天然气消费量8 0 7 亿立方米，增长1 0 1 ；电力消费量3 4 5 0 2 亿千 瓦小时，增长5 6 。 能源消费总量的不断增长，将刺激能源物流总量的不断增长，在未来的发展 过程中，成品油、天然气等的物流量将大幅增长。 伴随着国民经济的进一步发展以及所面临压力的进一步加大，能源物流的不 合理化已经成为制约能源企业经营的瓶颈，如何以最小的配送代价达到最大的能 源物流效益，是解决能源企业经营中配送问题的主要途径。本文将以成品油、西 气东输供应链的优化分析为背景，研究成品油、西气东输物流配送发展的新思路。 1 2 选题的目的和意义 随着现代互联网信息技术的高度发展和人们对物流认识的进一步深化，现代 物流管理开始超出各企业自身，向上、下游不同企业联合协作、共同进行物流管 理( 即，供应链管理) 的方向发展。上、下游不同企业建立供应链联盟后共同管理 库存策略打破了传统各自为政、条块分割的库存管理模式，以集成的、系统的思 想进行库存管理，使整个供应链系统获得协调化的运作。在这种运作方式下，提 出了库存与运输联合优化( t r i o ，i n v e n t o r yt r a n s p o r t a t i o ni n t e g r a t e do p t i m i z a t i o n ) 江苏大学硕士研究生毕业论文：油气供应链的库存与运输联合优化问题研究 问题【1 1 。 ：- 库存和运输是物流系统中的两个非常重要的环节，无论是战略层的物流系统 设计，还是操作层的物流系统运营管理；无论是生产物流，还是供应物流或销售 物流，都必然要面对和必须要合理优化这两个环节。实践中，这两个环节的联系 又是如此紧密，用系统观点来联合考虑这两个环节一定会极大的改进物流系统性 能，但如果要给出一个量化的，而又适合于所有应用背景的效益提高额度，是不 可能的。实际中将联合优化思想用到产业界的成功案例，到目前为止还不多，这 固然与此类问题本身的复杂性和有些方面的理论研究不完善有关，但社会对物流 控制的认识水平也限制了它的应用。不过，还是有些成功的案例可以说明整合优 化库存和运输问题所带来的效益。如：b l u m e n f e l d 等基于库存与运输联合优化思 想为通用公司设计的一个供应物流管理的决策支持系统，用于控制通用公司的2 万个供货商向其1 6 0 个工厂的供货过程，据预测潜在的运营费用节省为2 6 1 2 1 。 g o l d e n 等通过一个模拟模型来分析库存和运输的主要因素，为一个大型液化甲烷 生产企业设计了配送作业计划，据报道在运营费用方面每年大约可以节省2 0 0 万 美元【3 1 。b e l l 等在为一液化氧和液化氮生产企业优化配送作业流程时，采用了联 合库存与运输优化思想和相应的算法，使该企业的配送费用节省6 。1 0 4 1 。通过 对一组模拟数据的计算和分析，f e d e r g r u e n 和z i p k i n 得出的结论是，联合优化库 存和运输比单独优化运输在运营费用上可大约节省6 i 引。 库存成本和运输成本是企业乃至整个社会物流成本的两个主要组成部分，占 物流费用支出的绝大部分。因此将物流系统中最重要的两个环节，即库存控制和 运输管理融合到一个大问题中，去寻求这个联合问题而非其中某一个问题的最优 解决方案，这不仅具有重要的理论价值，也具有极大的实际意义。在实际物流管 理中，现代企业的大型化、国际化趋势越来越明显，如沃尔玛，要统一管理分布 于9 个国家的大约3 5 0 0 个超市；华联公司在上海就有几百家分店。该如何安排运 输和管理库存，在平衡这两个“效益背反”的功能要求基础上，谋求理想的整体 利益最大化，已经成为在供应链环境下，多级库存管理不可回避的问题。 1 3 本文的主要研究内容 本文在对库存与运输联合优化问题进行详细描述、分析阐述其作用、实施过 程的基础上，以成品油、西气东输供应链的优化分析为背景，首次将基于供应商 管理库存( v m i ) 的库存与运输联合优化策略引入到成品油、西气东输供应链研究 领域，并以成品油、西气东输供应链的优化分析为主线，具体分析了成品油、西 气东输供应链的库存和运输联合优化策略，建立并求解数学模型，解决问题。 本文的主要内容如下： 第1 章：绪论。介绍选题的背景、目的和意义，及本文的主要研究内容。 2 第一章绪论 第2 章：库存与运输联合优化问题概述。介绍库存和运输联合优化问题的概 念与由来、发展过程，并对库存与运输联合优化的实施过程进行了分析。 第3 章：对库存与运输联合优化问题已有模型的分析及评价。本章讨论了影 响库存与运输联合优化模型建立的相关因素，并在系统研究各自不同特点的条件 下，考虑需求和订货提i j 期的不同，将研究的问题分成四类：( 1 ) 需求确定、提 前期确定；( 2 ) 需求确定、提前期随机；( 3 ) 需求随机、提前期确定；( 4 ) 需求随 机、提前期随机。最后，对现有模型进行了分析和评价。 第4 章：介绍了国外成品油物流配送现状、国内成品油物流发展阶段及研究 现状，以及我国成品油物流存在的主要问题，对成品油配送系统作了综述，对多 个成品油配送中心和多个终端用户组成的两级供应链系统的库存与运输系统进 行了研究，并建立了数学模型。 第5 章：通过比较分析传统天然气供应过程与v m i 契约下的天然气供应过程， 阐释了西气东输供应链v m i 契约的内涵，建立了v m i 契约下带补货提前期的i t i o 模型，并通过数值仿真求解出不同参数基值和执行策略下的长期平均总成本，认 为需要保持执行策略的相对稳定以降低西气东输供应链的长期平均总成本，对西 气东输供应链的决策具有一定的支撑和启发作用。 第6 章：结论。总结本文的工作，并指出研究工作的不足和进一步研究的方 向。 3 第二章库存与运输联合优化问题概述 第二章库存与运输联合优化问题概述 2 1库存与运输联合优化问题的概念 可以说对于库存与运输联合优化问题的广泛研究是从8 0 年代开始的。不同 领域的学者从不同的角度对这类问题进行了研究，基于对他们所讨论问题的分析 和我们对这个问题的理解，我们认为库存与运输联合优化问题主要是研究这样一 类问题：在同时考虑运输和库存的相应要素的l j 提下，如何有效而经济的管理库 存和组织运输活动，在有限( 或无限) 周期内，将一种( 或多种) 货物从一个( 或多个) 供货点送给一个( 或多个) 客户，或其相反过程。因而我们可以说库存与运输联合 优化问题主要指在供应链联盟的环境下，将库存与运输两个不同环节进行集成、 整合，综合权衡运输成本和库存成本，从而确定订货数量、订货频率以及运输车 辆的分配、运输路线如何优化等问题，以实现整个系统的成本最小化或整体利益 最大化。它与传统上各自独立、分别完成的库存管理与运输管理不同，库存与运 输联合优化问题的特性就在于它是在综合平衡运输费用和库存费用的前提下，来 优化物流系统，确定系统范围内运输方案和库存策略。此时系统决策者必然要对 如下四个主要问题进行决策【6 】： 运载工具数量和每个客户应保有的库存能力：这个决策发生在实际的配送活 动开始之前，需要决定购买什么车型的车辆、购买多少? 零售商需要建立多大的 仓库? 时间或频率：如果周期长度己确定，需要决策在什么时间为哪些客户送货： 如周期长度未知，则需要决策在整个规划期内该以什么样的频率为顾客提供服 务。 配送量：在了解客户的需求信息后，决策者需确定每辆车的载货量及给其所 服务客户的配货量。 运输方案：采用直达运输还是零担运输，亦或两种方式结合使用? 当采用零 担运输方式时，该如何优化每辆车的行驶路线。 当确定运输方案时，不能过分追求大批量运输所带来的批量折扣，因这样势 必增加了整个系统的库存维持费用；在确定库存策略时，也不可以将运输费用简 单的作为一项固定费用来处理，而是作为直接影响配送频率和库存分配的可变费 用。可见，由两个复杂的问题集成到一起而形成的库存与运输联合优化问题，是 一个更加复杂的问题，其复杂性不仅表现在数学模型的建立，也表现在有效算法 的设计方面。 当讨论库存与运输联合优化问题中的运输方面时，首先必须考虑的是运输方 5 江苏大学硕士研究生毕业论文：油气供应链的库存与运输联合优化问题研究 式的选择。对于己知的5 大运输方式( 公路、铁路、航空、水运和管道运输) ，它 们在运距、运能、运价和运输时间等方面存在明显的差异，比如水路运输的运能 大、运价低，但运输时间长，可获得性差；空运的速度快，但运价高等。将之作 为i t i o 问题中运输子问题的一部分来讨论时，既要注意到每种运输方式自身的 特点，又要考虑到运输方式选择的不同对库存控制的影响。比如，当某种货物的 库存维持费或缺货损失费很低，亦或对库存周转率没有很高的要求时，可以采用 铁路或水路运输；而当货物有很高的附加值或很大的时效性，对库存周转率的要 求也很高时，可以采用空运等。总之，对运输方式的选择要根据所研究问题的具 体环境来确定。一般来说，由于铁路、水路和航空运输的两端还需要公路运输才 能实现供、需双方的网络连接，因此只有所研究的系统采用的运输方式是多式联 运时，才会涉及到对联合运输中具体运输方式组成的选择。当然，如果所研究系 统中的供需方就是由某种运输方式的端点组成，如由铁路货场或水运中的码头 等，而且端点之间的运输又可以由其它运输方式来替代时，也会涉及到对运输方 式的选择，但这种情况在实际物流系统管理中并不普遍。 然后，要确定在某种运输方式下的运输策略。当然，运输策略的决策也不是 仅从单纯的节省运费角度考虑。例如，在其它条件不变的前提下，通过减少一定 时期内的送货次数可以达到减少运费支出的目的，但送货次数的减少意味着客户 必须保有较高的库存，而这样势必增加整个系统的库存维持费用。 i t i o 问题所追求的目标是在综合平衡运输费用和库存费用的前提下，来优 化物流系统，确定系统范围的运输方案和库存策略。它在现代物流管理的不同决 策阶段都有所体现。在物流系统设计阶段，也就是战略层决策时，可以应用这个 联合优化的思想来确定系统将来实际投入运行时所需的最佳运载工具数量；在规 划中、短期系统运营计划的战术层决策阶段，通过对i t i o 问题的求解可以获得 较优的库存策略；在作业层决策阶段，即决策系统的日常作业计划时，采用联合 优化思想设计的运输策略具有更大的优越性和可操作性。库存与运输联合优化思 想在不同决策层次的具体应用会因具体问题的不同而不同，但可以肯定的一点是 基于联合优化的决策必然会提高系统的性能，无论是在减少费用支出方面还是在 提高作业效率方面。 正如已经提到过的，库存和运输是物流系统中的两个非常重要的环节，无论 是战略层的物流系统设计，还是操作层的物流系统运营管理；无论是生产物流， 还是供应物流或销售物流，都必然要面对和必须要合理优化这两个环节。实践中， 这两个环节的联系又是如此紧密，用系统观点来联合考虑这两个环节一定会极大 的改进物流系统性能。而且随着现代物流和信息技术的发展，以及人们对现代物 流精髓一体化管理思想认识的深化，库存与运输联合优化的思想必将会更多 的被用于现代物流管理的实践当中【7 】。 6 第二章库存与运输联合优化问题概述 2 2 库存与运输联合优化问题的由来 库存与运输联合优化是现代先进的物流形式，近年来引起了学术界与企业界 的广泛兴趣。它的出现是随着现代商业经营环境和经营形式的变化而出现的。这 些变化主要有：消费者消费行为的变化、生产商生产策略的转变及其对物流管理 的强化、零售商向连锁经营发展的趋势、零库存经营倾向、信息技术的革新、电 子商务的兴起等。随着组成供应链的企业间关系从过去建立在买卖交易基础上的 对立型关系向基于共同利益的协作伙伴型关系的转变，供应链各环节的集成优化 与供应链各个企业间交流分享信息，协调进行物流管理成为可能，而先进的管理 方法和技术的出现使之变为现实。库存与运输联合优化问题正是在先进的物流管 理方法与供应商管理库存( v m i ) 基础上产生和发展起来的。 传统的物流配送当中，供应商( 这里指生产厂商的销售代理，即不考虑生产 环节) 一般按照零售商( 或用户，下文将以供应商零售商关系为代表进行说明， 生产商客户关系与之类似1 的订货要求进行即时配送。供应商根据一段时期零 售商的订货记录预测其下一阶段的需求量，并对各个零售商的订货记录综合起来 进行分析，从长期客户的订单进行生产安排。然而这一方式却存在以下问题： ( 1 ) 物流配送不均衡抑制了配送成本的进一步降低 传统方式下，单个零售商虽然订货还有一点规律性( 如零售商根据其销售情 况和库存情况进行补货、) ，但单个零售商之间的订货是很随机的，供应商往往会 遇到这样的情况：在刚根据订单要求给一个零售商配送完货，同一地吒距离很近 的另一零售商又发出订单，这就又得去为其配送货物。这样运输线蹈就会增加， 潜在的配送成本无法降低。对于配送规模不大的企业( 单个供应商单独对自己产 品进行配送的企业规模一般都不大，且这类配送目前最为常见1 ，这种损失就更 加可观。 此外，这种订货的随机性还影响了对车辆的使用。若零售商的订单骤增，配 送车辆和司机就无法满足配送需要；反之，骤减时，又会产生闲置。这种成本空 间就更大了。 供应商和生产商库存难以控制 上述零售商订货的随机性对配送成本的影响只是问题的一个方面，它对供应 商和生产商的库存影响更大。这种影响，称之为“需求变异加速放大效应”( w h i p e f f e c t ) ，其表现如图2 1 所示。 7 江苏大学硕士研究生毕业论文：油气供应链的库存与运输联合优化问题研究 以 重以 水 量 吃 畋 吐 乞岛f 4 气岛毛f 9 图2 1 供应链需求变异加速放大效应 f i g 2 1d e m a n dv a r i a t i o na c c e l e r a t e de n l a r g ee f f e c t “需求变异加速放大效应”首先是由宝洁公司( p & g ) 发现，宝洁公司在一次 考察其最畅销产品婴儿用品的订货规律时，发现零售商销售的波动性并不 大，但当考虑分销中心向宝洁公司的订货时，却吃惊地发现波动性明显增大了， 当进一步考察宝洁公司向其供应商3 m 公司订货时，发现其订货的变化更大。随 后宝洁公司物流研究人员对这一现象进行了深入研究，发现这一效应的发生与需 求预测、订货提前期、批量订货、价格波动和订单的膨胀等因素有关。比如，在 需求预测这一因素上，传统生产商根据供应商的订货记录进行预测，供应商根据 零售商的需求进行预测，而零售商则根据顾客消费需求进行预测，因为各个预测 对象的样本数不一样，其预测的准确性就存在差距。而如果供应商能够得到零售 商销售数据，则其预测准确性将大大提高。另外，在订货批量和订货提f j 期上， 如果能将订货批量减少、订货周期缩短，进行少批量、多频度订货，那么也能大 大降低库存的波动性。 正是由于这些实际中的需求，促使v m i 的产生，实际应用表明其能够大大 降低库存，加快库存周转速度，获得巨大的利益【踟。 供应商管理客户库存体系中所要考虑的问题很多，如利用零售商每日的时点 销售数据进行市场预测、运送量与配送频率、配送线路安排、分销仓库的库存补 充量和补货频率、各级提前期等。这些因素都是互动的，其中在运输系统中，运 输量、配送频率与配送运输成本及上、下游环节的库存成本等都有紧密关系。比 方说，配送量越小、配送频率越高的配送对上游库存要求就越小，可以节省上游 的库存成本，同时也可以使下游的库存成本降低，但却带来运输成本的增加。所 以如何选定一个合理的库存运输决策就是库存与运输联合优化问题所要解决 8 第二章库存与运输联合优化问题概述 的，也是本文研究的核心所在。 2 3 库存与运输联合优化的作用 库存与运输可与流通加工、包装和信息等一起，构成物流系统的功能体系， 并突出地表现为以下几方面作用： ( 1 ) 通过库存与运输联合优化管理可以实现企业组织的低库存甚至零库存 的设想，并提高社会物流经济效益。 ( 2 ) 通过库存与运输联合优化管理，可以解脱出大量的储备资金用来开发企 业新的业务，改善企业财务状况。采用集中库存还可以使仓储与配送环节建立和 运用规模经济优势，提高作业效率和车辆的利用率，统筹利用资源和人员，缩短 配送线路从而使单位存货、配送和管理的总成本下降。 ( 3 ) 库存与运输联合优化管理提高了物流服务水准，简化了手续，方便了用 户，提高了货物供应的保证程度。由于当前商品的品牌、种类的极大增长，商家 尽可能销售畅销商品，减少库存数量，又保证不会缺货。因此，就要求多品种少 批量的订货及多频度的配送，要求快速反应和处理订货、出货。通过设立配送中 心实现库存与运输一体化管理可以很好地满足这一要求。 ( 4 ) 通过库存与运输联合优化管理，在一定范围内，可以将各种运输与仓储 等环节统一起来，使物流过程及社会物流功能体系得以优化和完善。 ( 5 ) 库存与运输联合优化运输联合优化管理可以帮助企业扩大商品占有率， 提高市场竞争力。企业除了提供适时适量的商品外，还必须合理控制库存，提供 适时适量的配送服务，以降低成本，扩大市场占有率。高的客户满意度与低的库 存投资、配送成本似乎是一对相互冲突的目标，过去曾经认为这对目标不可能同 时实现。然而，通过应用先进的物流管理技术，达到物流库存与运输联合优化管 理，同时伴随改进企业内部管理和强化部门协调，这一目标是可以同时实现的。 2 4 库存与运输联合优化问题的发展过程 无论库存控制问题还是运输问题，都可以称为运筹学研究的经典问题，关于 它们的文献都足以千计。但将两个问题集成到一个系统中，用一个目标函数来刻 画这两个相互矛盾、而在物流系统优化中又如此重要的领域，则是一个较新的研 究方向。f e d e r g r u e n 和z i p k i n 在1 9 8 4 年的文章中，称他们的研究是首次用一个 模型同时表述这两个问题。实际上，关于此类问题的论述最早出现在2 0 世纪7 0 年代，如h e r r o n 在1 9 7 9 年曾论述过同时优化库存和运输问题的重要性和由之所 带来的经济效益，但并没有提出具体的解决办法。可以说对库存与运输联合优化 问题的广泛研究是从2 0 世纪8 0 年代开始的。 9 江苏大学硕士研究生毕业论文：油气供应链的库存与运输联合优化问题研究 库存与运输联合优化问题是以车辆调度问题( v r bv e h i c l er o u t i n gp r o b l e m ) 为基础结合库存管理发展而来的，将补充库存的配送量与车辆配送运输调度有机 地结合起来，更加接近实际问题。目前，理论研究中往往将其约束条件简化，将 实际问题用近似方法来处理。 库存与运输联合优化问题是组合优化领域中著名的n p ( n o n l i n e a r p r o g r a m m i n g 非线性规划) 难题，可以归结为库存控制、配送车辆调度、配送路 线优化组织，即根据不同要求与目标函数( 例如成本最低、收益最大等) ，用适当 的数学方法将问题描述为各种模型，再用计算机求得合理可行的优化方案，付诸 实施。近几十年来，无论国内还是国外库存与运输联合优化问题都是一个十分活 跃的研究领域。 2 4 1国内关于库存与运输联合优化问题的研究 文献9 1 提到了此类问题在配送系统设计中的重要性，但是没有具体进行研 究。文献1 1 0 1 编译了一篇关于配送系统设计中的选址、运输和库存综合决策方面 的文章，侧重点在于运输方案的选择。不过，单独对于物流系统中库存问题或运 输问题的研究，尤其在近几年“物流热”的影响下，在国内还是有一些。如关于 运输问题的研究，文献1 1 1 比较全面的从车型、车场和载重情况的不同组合角度 研究了车辆优化调度问题，文中对一些基本的相关原理和方法进行了阐述；文献 1 2 1 5 采用不同的启发式算法，如分派启发式算法、遗传算法以及其它近似算法 对不同应用背景的车辆路线问题展开了研究。关于库存控制问题，无论是从深度 还是从广度上，国内学者的研究都己具有了一定的水平。如，对于多级库存控制 问题，文献1 6 1 研究了一类具有n 个一级百货点和一个二级配送中心、顾客需求 服从负二项分布且考虑部分失去销售机会的两极库存系统；文献 1 7 1 瓦j f 究了网络 状结构供应链系统中的多级库存控制问题；对于离散周期的库存控制问题，文献 1 8 1 9 1 进行了研究；对于随机或动态的库存控制问题，文献 2 0 2 1 1 展开了讨论。 以上关于库存问题和运输问题研究的文献，仅是其相应研究文献的一小部分，但 总的来说，国内对于库存与运输联合优化问题的研究，在理论上还是刚刚起步， 至于实际物流管理中的应用还远未开始。 2 4 2 国外关于库存与运输联合优化问题的研究 国外己发表的关于库存与运输联合优化问题的文献，对决策的3 个层次，即 战略、战术和作业层都有涉及，但多集中于后两者，对于战略层的研究较少。从 采用的方法来看，大多是按照一定的规则先将客户划分到不同的子集中，然后再 对每一个子集进行库存和运输优化，最后通过对所有子集集成来实现系统优化。 所用的数学模型有混合整数规则，非线性规划，网络流等。为了便于比较分析， 下面将从决策层次上对国外已作的研究进行分类阐述。 1 0 第二章库存与运输联合优化问题概述 ( 1 ) 关于战略层i t i o 问题的研究 一般来说，战略层处理的是对企业有着长远影响的决策，属于物流系统设计 范畴。文献 2 2 2 3 1 讨论了这类问题。所研究的主要内容是在实际物流系统还没有 运转之前，如正在组建配送网络或刚刚签订代理配送协议，在一个供货方和多个 需求方之间，且需方需求不确定的情况下，如何用最少的运载工具为所有客户服 务。文献2 4 在节约算法的基础上构造了一个称为s i r s a ( s t r a t e g i ci n v e n t o r y r o u t i n gs a v i n g a l g o r i t h m ) 的启发式算法，用于帮助船来完成所有的送货任务。他 们所采用的处理过程是先将所有的客户( 港口) 进行分组，然后为每一组客户指派 一艘船并确定该船的最优行驶路线。 ( 2 ) 关于战术层i t i o 问题的研究 在物流系统管理过程中，战术层处理的决策一般每季度或每年都要进行更 新，如采购和生产决策，库存策略和运输策略。战术层的库存与运输联合优化问 题所研究的也是如何确定库存策略和运输策略，但不同的是它并非将两者分开考 虑，而是综合平衡与这两者相关的费用，在满足相应的限制条件和客户需求基础 上，去寻求使系统运行最好的库存和运输策略。例如，在拓扑结构为o n e m a n y 、 系统类型为r s y s t e m 的配送物流系统中，联合优化问题需要同时考虑所有需求 方的库存相关费用( 如库存保管费和缺货损失费) 和为所有需方送货的运输相关 费用( 如与走行距离对应的可变费用和每派出一辆车的固定费用) ，且不违反相应 约束条件( 如运载工具的载重量和供货方的供应能力) 和满足客户需求( 客户需求 特征可能是确定的、随机的或完全未知旷) 的前提下，来确定对每个客户的配送 量和配送频率，以及车辆的行驶路线。 关于战术层i t i o 问题，b u m s 等是较早进行研究的学者【2 5 1 。他们的研究考 虑的无限时间长度，单供方多需方的单物品配送系统。在假设需方的需求率是确 定的、所有客户的库存维持费用相同且运输费用仅与行走距离相关的情况下，他 们分别研究了两种使库存和运输费用最小的配送策略：直达运输( 每辆车每次为 一个客户送货) 和零担运输( 每辆车每次为多个客户送货) 。文中建立了类似于 e o q ( e c o n o m i c o r d e rq u a n t i t y ) 公式的模型，并设计了相应的求解方法懈析法) 。 文中指出管理者如采用他们设计的方法，用计算器就可以进行辅助决策和对系统 进行敏感性分析。研究战术层i t i o 问题的另一种方法基于固定划分原则 ( f p p , f i x e dp a r t i t i o np o l i c y ) 的方法，也是一些学者讨论的重点。所谓f p p 原则就 是预先将客户划分到不同区域中，形成策略集中。在考虑车辆运载能力的前提下， 集中的最优策略是指具有最小的平均总库存和运输费用的策略。采用基于f p p 的方法求解i t i o 问题的过程可分为3 个阶段：1 ) 对欲研究区域的所有客户进行 划分，形成一组包含某些客户的子区域，划分的标准可以是距离等；对每一 子区域，采用某种求解t s p 问题的算法确定最优的车辆行驶路线及路线长度： 江苏大学硕士研究生毕业论文：油气供应链的库存与运输联合优化问题研究 3 ) 将运费看作一固定费用，采用变形e o q 公式确定每一子区域的最优配送量和 配送频率。 ( 3 ) 关于作业层i t i o 问题的研究 作业层决策指对日常活动的决策。在库存与运输联合优化问题中，作业层决 策一般来说主要是确定运载工具的行驶路线和给每个需方的配送量。不同于战术 层决策的特征主要表现在战术层决策是从计划角度出发，具有“一劳永逸 的特 点，即当确定了配送频率、配送量和最优行驶路线后，在每个周期都按此计划执 行